Ваш браузер устарел и не обеспечивает полноценную и безопасную работу с сайтом.
Установите актуальную версию вашего браузера или одну из современных альтернатив.
Биологические системы являются открытыми, нелинейными и саморегулирующимися [1]. Адаптивные физиологические перестройки организма направлены, в том числе, на сохранение относительного постоянства внутренней среды. Деятельность различных механизмов, поддерживающих ряд физиологических констант и обеспечивающих адаптацию организма, проявляется в вариабельности сердечного ритма (ВСР) [2], отражающей способность к адаптации во время нагрузок [3].
Взаимоотношения между двумя отделами вегетативной нервной системы (ВНС) приводит к изменению ее модулирующего влияния на синусовый узел, в результате чего в динамике сердечного ритма появляются и исчезают периодические составляющие. Нелинейность и реципрокность этих отношений одновременно являются причиной изменений и нерегулярной составляющей ритма сердца [4], и развитие методов оценки его нелинейной динамики может способствовать выявлению физиологических механизмов, определяющих способность организма человека к адаптации.
В условиях космического полета происходит снижение функциональных возможностей сердечно-сосудистой системы, что приводит к ухудшению переносимости физических и ортостатических нагрузок после полета [5]. Одной из причин этого может быть и происходящая в условиях космического полета перестройка регуляторных систем. В связи с этим была предпринята попытка применить методы нелинейного анализа ВСР для исследования изменений в регуляции сердечного ритма.
Проанализированы последовательности кардиоинтервалов, полученные у одного космонавта при регистрации электрокардиограммы (ЭКГ) во время активной ортостатической пробы (10 минут в положении лежа и 10 минут стоя) за 84 дня до старта и на 2-е сутки после посадки. Космонавт подписывал добровольное информированное согласие на участие в исследованиях, одобренных Комиссией по биоэтике ГНЦ РФ – ИМБП РАН и многосторонним экспертным советом по исследованиям на человеке. По 5-минутным фрагментам ЭКГ проводился анализ ВСР [2, 6].
Для оценки нелинейной динамики сердечного ритма применялись геометрический и информационный методы. Геометрический метод включал построение хаосграмм, скаттерограмм и дифференциальных гистограмм. Дифференциальная гистограмма строится по разностям величин между каждой парой кардиоинтервалов. В норме дифференциальная гистограмма характеризуется симметричностью.
Для количественной оценки нелинейных свойств ритма сердца были использованы следующие показатели: энтропия Шеннона как мера степени неопределенности состояния системы [7], параметр Херста как мера самоподобия для выявления новых характеристик процесса. Поскольку частота сердечных сокращений (ЧСС) в значительной степени влияет на динамику кардиоинтервалов были рассчитаны нормированные относительно ЧСС параметры для показателя энтропии и приращений последовательных RR-интервалов.
Для получения динамических значений стандартных и нелинейных показателей ВСР применялся метод «скользящего окна», где размер окна был 300 с, а размер шага «скольжения» — 15 с.
Послеполетные значения нормированных спектральных характеристик (PHF, PLF, PVLF) в положении лежа не отличаются от предполетных. Достоверные отличия возникают в положении стоя, особенно по соотношениям спектральных компонент (LF/HF 22,0±8,0 стоя, 10,7±4,7 лежа). Это может означать, что при ортостатической нагрузке меняется взаимодействие отдельных звеньев вегетативной регуляции, происходит ослабление парасимпатического и усиление симпатического (достоверное снижение суммарной ВСР и рост ЧСС) и нейрогуморального механизмов регуляции после полета.
Анализ гистограммы распределения последовательности кардиоинтервалов до и после космического полета показал, что после посадки происходит существенное снижение амплитуды гистограммы в положении стоя (АМо 63,1±11,7% стоя, 72,3±13,6% лежа), что указывает на вегетативную недостаточность при ортостатической нагрузке после космического полета. После полета дифференциальная гистограмма имеет значительно большую амплитуду по сравнению с положением лежа, а также более узкое основание, что отличается от результатов традиционной кардиоинтервалографии. Можно предполагать, что выявленное на дифференциальной гистограмме усиление стабильности сердечного ритма в положении стоя отражает напряжение симпатической регуляции при ортостатической нагрузке после космического полета.
Построение дифференциальной гистограммы позволило обнаружить и до и после полета левую асимметрию полигонов гистограмм, что свидетельствует о преобладании стимулирующих влияний в динамике сердечного ритма. По традиционным показателям ВСР такой вывод по предполетным данным сделать затруднительно. На преобладание симпатической активности указывают только некоторые спектральные характеристики, а другие показатели указывают на нормотонию.
При анализе традиционных показателей ВСР было показано, что до и после полета при ортостатической нагрузке вегетативная регуляция недостаточна, необходимо «вмешательство» центральных механизмов регуляции в деятельность ВНС (автономного уровня регуляции). Более высокие значения энтропии в положении стоя, особенно после полета (2,6±0,1 стоя, 2,3±0,2 лежа) могут указывать на увеличение сложной организации сердечного ритма [8].
Нормированное относительно ЧСС значение энтропии снижается не так существенно после космического полета, как энтропия Шеннона, а в положении стоя остается на предполетном уровне. Это может быть связано с высокой ЧСС, большим количеством кардиоинтервалов в анализируемом временном отрезке и их меньшей изменчивостью. Вероятно, на единицу времени приходится такая же изменчивость кардиоинтервалов, что и до полета. Одновременно, коэффициент вариации RR, являющийся также нормированным относительно ЧСС показателем, достоверно снижается после полета и в положении лежа, и в положении стоя.
Увеличение параметра Херста при ортостатической нагрузке до и после полета выявляет высокую степень устойчивости последовательных кардиоинтервалов [9], несмотря на относительное увеличение суммарной ВСР. По всей видимости, изменение показателей суммарной ВСР не всегда может интерпретироваться как усиление-снижение стабильности кардиоритма.
Была выявлена чувствительность нелинейных показателей ритма сердца при ортостатическом и гравитационном стрессе. Видимо, изменение регуляции ритма сердца нельзя сводить к простому сдвигу соотношения между тонусом симпатического и парасимпатического отделов ВНС и объяснять в рамках гомеостатической модели. В организме непрерывно протекают процессы с различной постоянной времени, определяющей хаотическую динамику [10], и до 85 % в кардиоинтервалограмме могут составлять непериодические хаотические компоненты, имеющие фрактальную природу. Характеристики фрактальности сердечного ритма необходимо исследовать как возможного индикатора поведения независимых нелинейных осцилляторов, участвующих в его формировании [11, 12].
Рассогласование динамики традиционных и нелинейных параметров может указывать на усложнение регуляторных взаимодействий. Например, поливагусная теория [13] позволяет включить в анализ ВСР оценку межсистемного взаимодействия, которое проявляется в базальном уровне тонуса парасимпатического отдела ВНС.
Оценка нелинейных свойств ритма сердца может также внести существенный вклад в прогнозирование рисков нарушений сердечного ритма [14].
Снижение функциональных возможностей сердечно-сосудистой системы, плохая переносимость гравитационной и ортостатической нагрузки влияют на адаптацию организма человека к условиям космического полета и в период реадаптации после полета. Показано, что анализ нелинейной динамики кардиоритма позволяет получить новую научную информацию о неравновесности и нелинейности физиологических колебаний как мере функциональной адаптации и может быть дополнительной мерой оценки адаптации к ортостатической нагрузке после космического полета.
